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电子鼻技术及其在中药行业中的应用前景

中药现代化研究要求严格控制中药材质量,规范中药产品研发及生产过程,实现质量标准客观化。
在这个过程当中,要吸收和借鉴一切人类生命科学发展的成果和现代高科技手段,把当代最新科技、手

段、方法、设备融入中药研究、生产、应用。近年来兴起的电子鼻技术是由电化学传感器阵列和适当的识

装置组成的,通过模拟人的嗅觉,给出被测样品中挥发成分的整体信息,已经初步应用于中药气味研

究中。本文对于电子鼻在中药行业中的应用现状进整理,并对其前景进行展望。
1 电子鼻简介

电子鼻又称气味指纹图谱技术,起源于20 世纪80 年代,英国学者Persuad 和Dodd 用3 个商品化的

SnO2气体传感器模拟哺乳动物嗅觉系统中的多个嗅感受器细胞对多种有机挥发气体进行类别分析,开创了电了鼻研究之先河[1]。

1989 年在北大西洋公约组织( NATO) 的一次关于化学传感器信息处理会议上对其作了如下定义: “电子鼻是由多个性能彼此重叠的气敏传感器

和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气体能力的装置[2]。”第一台商业化的电子鼻于1994 年诞生。目前国外比较
著名的电子鼻生产厂家有法国Alpha MOS 公司、德国Aimense 公司、英国Bloodhound 公司、美国
Cyranosciences 公司等。国内也有昂申智能科技有限公司的iNose 系统投入市场。
电子鼻由气体传感器、信号处理系统和模式识别系统等功能器件组成,模拟人和动物的嗅觉器官
对气味进行感知、分析和判断。气敏传感器把不同的气味分子在其表面的化学作用转化成可测的电信
号。信号预处理系统将生成的气味信号经特征提取等加工处理后,经用多元统计分类方法或神经网络
方法判定处理后的气味信号,识别被测气味,转为感官评定指标。电子鼻具有响应速度快、易于使用、价
格低廉等优点,因此在食品、环境监控、医学、农业、
生物及安全等各领域得到了广泛的应用[3-8]。
2 电子鼻在中药行业中的应用
2. 1 中药材质量控制中药具有的特殊气味是其
真伪及产地鉴别的重要依据。电子鼻可以实现中药气味整体信息的客观化表达。已经初步应用于中药
材真伪、产地、采收期等的判别,以控制中药材质量。
2. 1. 1 电子鼻应用于中药气味指纹图谱的建立
日本学者利用气味传感器成功地区分了人体嗅觉难以鉴别的白色无臭的茯苓、牡蛎、龙骨粉末[9]。周牡艳等[10]通过考察电子鼻对珍珠粉的

传感响应,准确辨别珍珠粉真假及品牌。田程等[11]采用电子鼻
技术建立了人参与西洋参饮片准确而快速的鉴别方
法。刘红秀等[12-13]尝试应用电子鼻区分多种中药材,并提出提取中药材挥发的气味信息来建立气味
指纹图谱。以上研究结果表明可以通过建立中药气

学化、标准化研究提供了新的思路。

2. 1. 2 电子鼻应用于中药产地鉴别伍世元等[14]提出在自然态下采用PEN3 电子鼻鉴别不同产地的
薄荷,对未知样品的识别率达到100%。韩邦兴等[15]利用电子鼻技术来评价大白菊气味的整体信息,

区分不同产地的大白菊。邵雅雯等[16]利用电子鼻对3 种产地的白术样品进行了检测,实现3 种产地白术的正确鉴别,对所有待测样本识别的正确率

达到97. 8%。由于品种、气候条件的差异,不同产地的中药的化学成分有一定差异[17-18],某些挥发性
成分的差异导致中药气味上的变化。而电子鼻可以
识别气味中的微小差异实现不同产地中药的快速
鉴别。
2. 1. 3 电子鼻用于中药采收期的研究蔡泳等[19]
研究不同采收期中药金樱子气味指纹变化,不同采收期金樱子样品根据挥发性成分聚类,以10 月下旬
采收时间为界,明显聚为两类。伍世元等[14]区分了不同采收期的阳春砂。韩邦兴等[20]采用电子鼻检
测开花前后两种前胡样品气味在传感器上的响应值,结果表明,电子鼻对开花前后两种前胡样品气味变化反应灵敏,

可以完全区分。药用植物在生长发育不同时期,有效成分含量处于动态变化中[21-22],直接影响药效。利用电子鼻

检测不同采收期中药材样品的挥发性成分动态变化,为中药材科学采收,保
证药效提供参考。
电子鼻技术用于中药材质量控制,具有样品前处理简单,分析速度快,结果简单可靠等优点。可以
运用电子鼻建立中药气味指纹图谱,以建立不同产地、品种、储藏期的中药电子鼻识别模型,进行质量
评价,为中药材鉴别及中药材品质的保证提供了一种有效的方法[23]。
2. 2 评价炮制工艺中药材大都是生药,其中不少
药物必须经过一定的炮制处理,才能符合临床用药的需要。炮制是否得当对保证药效、用药安全、便于制剂和调剂都有十分重要的意义。

目前主要依赖于广大药工火候把握的长期实践积累,采用感观评价,如饮片的形、色、气、味等,通过眼看、鼻闻、口尝等方
式来控制炮制火候和饮片质量。而气味是反映炮制.火候的重要指标,黄学思等[24]采用电子鼻对槟榔样
品( 生槟榔、炒槟榔、焦槟榔) 的气味进行客观评价,即量化生槟榔( 气微) ,炒槟榔( 微香味) ,焦槟榔( 焦
香味) 等性状指标,将经验指标客观化、数量化。运用电子鼻检测炮制火候,不仅实现“火候”判别的客
观数量化,还能避免某些刺激性、毒性药材对操作人员的身体健康的潜在的威胁。引入电子鼻对中药炮制过程进行质

量控制,为研究中药炮制共性技术问题提供一种新的方法及思路。
2. 3 中成药及其中间品质量评价

中成药和中药提取物、中药粉末等中间品在储存过程中可能存在

气味散失,由于成分的挥发性不同,导致气味改变。这些具有特殊气味的中成药及其中间品可通过电子
鼻进行质量控制。A K M Shafiqul Islama 等[25]利用电子鼻检测东革阿里提取物的气味,并对电子鼻响

信号和提取物挥发油成分的相关性进行了研究实验结果显示,挥发油中某些成分与电子鼻响应信号高度相关

庄家俊等[26]采用便携式电子鼻PEN3对4 组不同生产批次的中成药( 百草油) 进行检测,获取样品的气味

特征信息,并对采样得到的数据进行分析,实现对不同批次百草油产品的鉴别分类,并味信息进行匹配鉴别,以实现产品香气质量的在线

监控。以上结果证实了电子鼻在实现中成药及其中间品的鉴别分类,甚至在其质量评判分析、产品监控
领域的应用潜力。
3 电子鼻在中药行业中的应用前景展望
3. 1 中药气味掩盖效果评价药物的不良口感是
影响药物顺应性的重要因素。中药的掩味研究主要依赖于人工感官评价,但是人工感官评价必然带有
一定的主观性,没有一个客观的评价标准,而且感官评价结果数据往往比较模糊,难以用客观的数据表达出来。目前,基于电子舌技术已成功应用于的掩
味研究中。与西药相比,影响中药顺应性的除不良口感外,中药的不良气味也是引起患者拒服或服后
引起恶心呕吐的原因。针对于中药的特殊性,有必要对中药气味进行掩盖。基于电子舌技术在掩味研
究中取得的成果[27-28],我们可以尝试应用电子鼻技
术结合电子舌技术指导中药的掩味并对其效果进行
评价。
3. 2 辅助中药安慰剂研发随着药品临床试验管
理规范( GCP) 不断深入应用于中医药临床科研当中,中药的临床试验设计多遵循随机、对照、盲法、重
复四大原则。在贯彻盲法原则的过程中,作为对照确辨别珍珠粉真假及品牌。田程等[11]采用电子鼻
技术建立了人参与西洋参饮片准确而快速的鉴别方
法。刘红秀等[12-13]尝试应用电子鼻区分多种中药材,并提出提取中药材挥发的气味信息来建立气味
指纹图谱。以上研究结果表明可以通过建立中药气味指纹图谱而实现中药的快速鉴别,并为气味的科
学化、标准化研究提供了新的思路。

2. 1. 2 电子鼻应用于中药产地鉴别

伍世元等[14]提出在自然态下采用PEN3 电子鼻鉴别不同产地的
薄荷,对未知样品的识别率达到100%。韩邦兴等[15]利用电子鼻技术来评价大白菊气味的整体信
息,区分不同产地的大白菊。邵雅雯等[16]利用电子鼻对3 种产地的白术样品进行了检测,实现3 种产
地白术的正确鉴别,对所有待测样本识别的正确率达到97. 8%。由于品种、气候条件的差异,不同产
地的中药的化学成分有一定差异[17-18],某些挥发性成分的差异导致中药气味上的变化。而电子鼻可以
识别气味中的微小差异实现不同产地中药的快速鉴别。
2. 1. 3 电子鼻用于中药采收期的研究

蔡泳等[19]研究不同采收期中药金樱子气味指纹变化,不同采收期金樱子样品根据挥发性成分聚类,以10 月下旬
采收时间为界,明显聚为两类。伍世元等[14]区分了
不同采收期的阳春砂。韩邦兴等[20]采用电子鼻检测开花前后两种前胡样品气味在传感器上的响应
值,结果表明,电子鼻对开花前后两种前胡样品气味变化反应灵敏,可以完全区分。药用植物在生长发
育不同时期,有效成分含量处于动态变化中[21-22],直接影响药效。利用电子鼻检测不同采收期中药材
样品的挥发性成分动态变化,为中药材科学采收,保证药效提供参考。
电子鼻技术用于中药材质量控制,具有样品前处理简单,分析速度快,结果简单可靠等优点。可以
运用电子鼻建立中药气味指纹图谱,以建立不同产地、品种、储藏期的中药电子鼻识别模型,进行质量
评价,为中药材鉴别及中药材品质的保证提供了一种有效的方法[23]。
2. 2 评价炮制工艺中药材大都是生药,其中不少
药物必须经过一定的炮制处理,才能符合临床用药的需要。炮制是否得当对保证药效、用药安全、便于
制剂和调剂都有十分重要的意义。目前主要依赖于广大药工火候把握的长期实践积累,采用感观评价,
如饮片的形、色、气、味等,通过眼看、鼻闻、口尝等方式来控制炮制火候和饮片质量。而气味是反映炮制
火候的重要指标,黄学思等[24]采用电子鼻对槟榔样品( 生槟榔、炒槟榔、焦槟榔) 的气味进行客观评价,
即量化生槟榔( 气微) ,炒槟榔( 微香味) ,焦槟榔( 焦香味) 等性状指标,将经验指标客观化、数量化。运
用电子鼻检测炮制火候,不仅实现“火候”判别的客观数量化,还能避免某些刺激性、毒性药材对操作人
员的身体健康的潜在的威胁。引入电子鼻对中药炮制过程进行质量控制,为研究中药炮制共性技术问
题提供一种新的方法及思路。
2. 3 中成药及其中间品质量评价中成药和中药
提取物、中药粉末等中间品在储存过程中可能存在气味散失,由于成分的挥发性不同,导致气味改变。
这些具有特殊气味的中成药及其中间品可通过电子鼻进行质量控制。A K M Shafiqul Islama 等[25]利用
电子鼻检测东革阿里提取物的气味,并对电子鼻响应信号和提取物挥发油成分的相关性进行了研究,
实验结果显示,挥发油中某些成分与电子鼻响应信号高度相关。庄家俊等[26]采用便携式电子鼻PEN3
对4 组不同生产批次的中成药( 百草油) 进行检测,获取样品的气味特征信息,并对采样得到的数据进
行分析,实现对不同批次百草油产品的鉴别分类,并且通过将其与以往香气质量较佳的某批次样品的气
味信息进行匹配鉴别,以实现产品香气质量的在线监控。以上结果证实了电子鼻在实现中成药及其中
间品的鉴别分类,甚至在其质量评判分析、产品监控领域的应用潜力。
3 电子鼻在中药行业中的应用前景展望
3. 1 中药气味掩盖效果评价

药物的不良口感是
影响药物顺应性的重要因素。中药的掩味研究主要依赖于人工感官评价,但是人工感官评价必然带有
一定的主观性,没有一个客观的评价标准,而且感官评价结果数据往往比较模糊,难以用客观的数据表达出来。目前,基于电子舌技术已成功应用于的掩
味研究中。与西药相比,影响中药顺应性的除不良口感外,中药的不良气味也是引起患者拒服或服后
引起恶心呕吐的原因。针对于中药的特殊性,有必要对中药气味进行掩盖。基于电子舌技术在掩味研
究中取得的成果[27-28],我们可以尝试应用电子鼻技术结合电子舌技术指导中药的掩味并对其效果进行
评价。
3. 2 辅助中药安慰剂研发随着药品临床试验管
理规范( GCP) 不断深入应用于中医药临床科研当中,中药的临床试验设计多遵循随机、对照、盲法、重
复四大原则。在贯彻盲法原则的过程中,作为对照用的安慰剂要求与治疗药在外观、颜色、气味上保持
一致。安慰剂为对治疗的疾病没有特异性疗效的物质或治疗过程。因此,对于制作安慰剂原料的选择
要慎重,不可以对该临床试验所治疗的疾病有药理活性作用。安慰剂通常采用淀粉、葡萄糖、生理盐水
等制成片剂、胶囊、注射剂等,这些剂型的安慰剂制作难度不大,但对于一些中药传统制剂,如汤剂、散
剂等,由于其作为一种天然药物有其自身所特有的气味和色泽,而且中药制剂由几种或十几种中药配
伍而成,其口感和气味有很大的特殊性,不同品种的
制剂气味也相差悬殊,人工模拟制作与其外观和气味相似的对照品有一定的难度。基于电子鼻技术已
经初步应用于中药气味指纹图谱的研究,在此基础上,可以尝试建立安慰剂原料的气味指纹图谱,为安
慰剂原料的选择提供指导。并且结合电子舌技术建立安慰剂客观评价系统。
4 结语
电子鼻作为一种新兴技术,检测时间短、速度快、对要检测的样品不需要复杂的预处理、操作简
单、成本低廉; 还可以完成生产线上原位、实时在线监测,具有很大的发展潜力。电子鼻能快速提供被
测样品的整体信息,产生“指纹”图谱,已经广泛应用到食品、环境、安全等方面。在中药行业中已初步
实现中药种类、产地、采收期等的鉴别。电子鼻技术作为一个新兴的技术种类正持续快速地发展着,它
必将给中药行业带来一次技术的革命。随着传感技术和信息采集与数据处理技术的发展,以电子鼻为
代表的小型化、智能化传感技术有望运用到中药的检测以及中成药的研发及生产线监测上,开发出可
信性强、小型化而又价格适中的仪器或装置,从而可以便捷、快速、客观、准确地来实现中药材和中成药
及其中间品的质量控制。

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